Una prospettiva transatlantica su 20 questioni emergenti in ingegneria biologica

Obiettivi

L’ingegneria biologica è l’applicazione di idee e tecniche dall’ingegneria ai sistemi biologici, spesso con l’obiettivo di affrontare i problemi del “mondo reale”. I recenti progressi della biologia sintetica, in particolare nelle tecniche di modificazione genetica, hanno aumentato sostanzialmente le nostre capacità per l’ingegneria biologica, così come i progressi in settori quali la tecnologia dell’informazione e la robotica. Tenere traccia delle sfide e delle opportunità create da tali progressi richiede un approccio sistematico per raccoglierle, valutarle e stabilire le priorità. La scansione orizzontale offre un modo per filtrare le diverse fonti di informazione alla ricerca di segnali deboli che, se contestualizzati, indicano l’emergere di un problema(Amanatidou et al., 2012; Saritas e Smith, 2011). La scansione orizzontale può anche evidenziare una serie di sviluppi nelle loro fasi iniziali, aiutando così i ricercatori, le imprese e i responsabili politici a pianificare il futuro.

Esercizi lungimiranti di questo tipo riuniscono persone di diversi campi per esplorare le possibili implicazioni di un campo di studio su un altro. Ad esempio, dopo aver identificato che pochissimi professionisti della conservazione avevano sentito parlare di biologia sintetica nel 2012, gli scienziati di entrambe le discipline si sono riuniti nel 2013 per esplorare come la biologia sintetica e la conservazione avrebbero plasmato il futuro della natura(Redford et al., 2013). Nello stesso anno, una scansione all’orizzonte di questioni emergenti di interesse per la comunità della conservazione(Sutherland et al., 2014) ha segnalato l’uso della modificazione genetica per controllare le specie invasive o i vettori di malattie. Da allora, gli approcci CRISPR/Cas9 al controllo delle zanzare portatrici di malattie(Adelman e Tu, 2016) e delle specie invasive(Esvelt et al., 2014) hanno rapidamente guadagnato terreno. Questo non per suggerire che tali sviluppi o applicazioni siano il prodotto di una precedente attività di scansione all’orizzonte, ma che portare un problema all’attenzione della comunità in anticipo – prima che diventi ben noto – permette di avere il tempo sufficiente per sviluppare strategie per la ricerca o la gestione dei potenziali rischi e delle opportunità che accompagnano queste innovazioni.

Come per ogni tentativo di anticipare le tendenze future, riconosciamo che le proiezioni più speculative potrebbero non realizzarsi. Alcuni ostacoli tecnologici potrebbero non essere mai superati, scoperte inaspettate potrebbero cambiare la direzione della ricerca e alcune direzioni potrebbero essere considerate troppo rischiose da perseguire. Riconosciamo anche che fornire un’istantanea di una così ampia gamma di questioni va a scapito della profondità, quindi in questo caso cerchiamo solo di fornire un riassunto digeribile e un punto di lancio per gli altri per esplorare ulteriormente quelle questioni che possono essere rilevanti per loro. Per ogni questione qui delineata, puntiamo a riassumere le possibili implicazioni per la società, comprese le domande, i rischi e le opportunità.

In che modo un esercizio come questo potrebbe rivelarsi utile in futuro? I risultati di attività di scansione dell’orizzonte strutturate in modo simile nella scienza antartica(Kennicutt et al., 2014) sono alla base delle tabelle di marcia che delineano le tecnologie abilitanti, l’accesso alla regione, la logistica e le infrastrutture, e la cooperazione internazionale(Kennicutt et al., 2016) necessarie per “consegnare la scienza”. Da allora sono state utilizzate per guidare gli investimenti dei programmi nazionali(National Academies, 2015). Allo stesso modo, il Natural Environment Research Council del Regno Unito ha attinto alle scansioni orizzontali annuali in materia di conservazione (vedi, ad esempio, Sutherland et al., 2014) per informare la loro pianificazione strategica. Mentre una singola scansione all’orizzonte è solo un primo passo per navigare la strada da seguire (idealmente, sarebbe seguita da ulteriori esercizi per mappare come un’agenzia potrebbe agire alla luce delle informazioni), ci auguriamo che il risultato di questa scansione possa essere anche un utile punto di partenza per lo sviluppo di progetti di politiche.

Dare priorità a una serie di questioni da sottoporre all’attenzione è un processo intrinsecamente soggettivo, e riflette le prospettive e le esperienze delle persone che effettuano la valutazione, così come le dinamiche del gruppo. Ciò sottolinea l’importanza di riunire un gruppo che rappresenti un’ampia gamma di prospettive. Il punto di forza principale di questo esercizio è che le questioni sono sistematicamente e democraticamente esaminate e priorizzate da un gruppo relativamente diversificato che utilizza metodi strutturati di elicitazione e di aggregazione progettati per mitigare alcuni pregiudizi psicologici sociali(Burgman, 2015), piuttosto che riflettere la prospettiva di un singolo esperto. Anche se abbiamo cercato di catturare un assortimento di background, competenze, agende e demografia (compresa l’età, il genere e la fase di carriera), riconosciamo che questo articolo presenta le prospettive dei ricercatori con sede nel Regno Unito e negli Stati Uniti.

Procedura

Abbiamo seguito una procedura strutturata sviluppata da Sutherland et al.(Sutherland et al., 2011) per sollecitare, discutere e dare priorità alle questioni relative ai candidati(Figura 1). Il metodo condivide le caratteristiche della tecnica Delphi(Linstone e Turoff, 1975), in quanto il punteggio delle questioni è anonimo e iterativo. Si basa anche sulla saggezza collettiva di un gruppo, offrendo al contempo ai singoli la possibilità di esprimere giudizi privati e di rivederli alla luce delle informazioni e dei ragionamenti forniti da altri.

Figura 1.Scansione all’orizzonte.Le sette fasi della procedura di scansione all’orizzonte(Sutherland et al., 2011) sono state utilizzate per identificare i problemi emergenti nell’ingegneria biologica.

La scansione all’orizzonte comprendeva un insieme di partecipanti che combinavano accademico, industria, innovazione, sicurezza e competenze politiche relative all’ingegneria biologica, con una serie di background in scienze naturali, ingegneria, scienze sociali e umanistiche. Ciascuno dei 27 partecipanti (gli autori meno i facilitatori) ha presentato brevi riassunti di 2-5 “questioni” che ritenevano all’orizzonte dell’ingegneria biologica e che hanno il potenziale per avere un impatto sostanziale sulla società globale. I partecipanti hanno anche consultato i loro colleghi e le loro reti per avere suggerimenti.

Affinché i temi presentati siano comparabili tra loro, devono essere inquadrati a livelli simili di granularità. Questioni molto ampie, come ad esempio la “regolamentazione della bioingegneria”, comprenderanno un’intera serie di questioni più dettagliate, per cui in genere ottengono un punteggio più alto rispetto a una singola questione altamente specifica. Ma questi argomenti così ampi raramente rendono buoni i problemi di scansione all’orizzonte, in quanto tendono ad essere già ben noti, e sono troppo vaghi per informare il processo decisionale. Per garantire che i temi fossero presentati con un adeguato livello di granularità, è stato fatto circolare un argomento di esempio che è stato inquadrato in cinque scale diverse. L’esempio è stato costruito intorno alla ricerca scientifica “a doppio uso” (cioè la ricerca su materiali o tecnologie che possono essere utilizzati sia a beneficio che a danno dell’umanità). Come argomento generale, la ricerca sul doppio uso sarebbe troppo ampia per essere inclusa (livello 1). Allo stesso modo, un recente simposio ospitato dalle National Academies negli Stati Uniti(National Academies, 2016a) che discuteva di una moratoria sulla ricerca sul “guadagno di funzione” (che è un tipo di ricerca sul doppio uso) è stato considerato troppo ristretto come questione a sé stante (Livello 5). Un possibile esempio intermedio (Livello 3) potrebbe essere la modifica della regolamentazione degli esperimenti di gain-of-function, illustrata attraverso l’attuale moratoria statunitense su tali ricerche e i relativi processi deliberativi (come il simposio ospitato dalle National Academies). Ai partecipanti è stato chiesto di presentare questioni inquadrate in base alla granularità approssimativa del Livello 3.

Dopo aver unito i duplicati, sono stati resi anonimi e diffusi a tutti i partecipanti un totale di 70 riepiloghi dei numeri, che hanno assegnato un punteggio individuale a ciascun numero in base alla sua idoneità (1-1000) come numero di scansione all’orizzonte. L’idoneità riflette una combinazione di plausibilità, novità e potenziale impatto sulla società nel futuro a medio e lungo termine (fino a 20 anni, a titolo indicativo). La valutazione dell’impatto potenziale sulla società è, ovviamente, complessa. Gli impatti potrebbero manifestarsi attraverso effetti più diretti o evidenti, ad esempio, sull’ambiente o sulla salute. Ma possono anche manifestarsi indirettamente, attraverso impatti sui finanziamenti, sulla ricerca, sull’innovazione e sulla regolamentazione dei prodotti o sulla pratica dell’ingegneria biologica. Quelli che influenzano profondamente la velocità o la direzione in cui i progressi dell’ingegneria biologica avranno, a loro volta, un impatto sulla società. Nelle loro schede di valutazione, i partecipanti hanno anche indicato se avevano già “sentito parlare” di ogni numero.

I punteggi del primo turno sono stati convertiti in punteggi Z standardizzati. Cioè, la media e la deviazione standard del set di punteggi di ogni individuo sono stati prima calcolati, poi ogni item-score nel set è stato standardizzato sottraendo la media e dividendo per la deviazione standard. I punteggi Z risultanti conservano informazioni sulla distribuzione delle grandezze nei punteggi di idoneità e possono essere significativamente aggregati tra i partecipanti che hanno fornito insiemi di punteggi con mezzi e varianze diverse. Per esplorare la divergenza dei punteggi tra i partecipanti, abbiamo analizzato la concordanza tra le classifiche dei punteggi grezzi del Round 1 con il W di Kendall e la correlazione tra i singoli partecipanti con il rho di Spearman.

I problemi nella lunga lista originale sono stati classificati in base alla media dei punteggi Z. Sulla base del feedback durante il punteggio del primo turno, un numero che descrive due distinte innovazioni è stato diviso in due, e due coppie di numeri simili sono stati combinati in uno. Prima di finalizzare la nostra breve lista di questioni con il punteggio più alto, ai partecipanti è stata data l’opportunità di salvare le questioni che stavano per essere eliminate, se volevano vederle ulteriormente discusse. In questa fase sono stati mantenuti due temi, e un ulteriore tema è stato aggiunto in seguito. Il risultato è stato portato avanti con una breve lista dei 34 temi rimanenti per ulteriori discussioni durante il workshop.

Prima del workshop, a ciascuno dei partecipanti sono stati assegnati 3-4 temi da approfondire: lo scopo di questa fase era quello di raccogliere prove che aiutassero a valutare se il tema in questione fosse sufficientemente plausibile, nuovo e conseguente da giustificare l’inclusione nella lista finale. A ciascuna delle questioni selezionate sono stati assegnati 2-3 investigatori, che in genere non erano esperti in quel particolare argomento né la persona che ha presentato la questione. Ciò significava che la discussione del workshop poteva includere la persona che aveva presentato l’argomento, altre persone che erano già esperte nella zona e le 2-3 persone a cui era stato assegnato l’argomento, permettendo così una discussione più informata.

Nel workshop, convocato a Cambridge, Regno Unito, nel novembre 2016, i partecipanti hanno discusso sistematicamente ogni argomento a turno. Sono stati spinti a considerare quanto fosse già noto il tema (in base alla percentuale di partecipanti che ne avevano sentito parlare), quanto fosse nuovo, insieme a particolari sfide e opportunità che presentava. Dopo aver lavorato su ogni numero, i partecipanti, individualmente e in modo riservato, ne hanno valutato l’idoneità per la seconda volta. Alla fine del workshop, sono stati presentati ai partecipanti per una discussione finale i 20 temi che hanno ottenuto il punteggio più alto (sulla base dei punteggi Z). Un tema è stato considerato come un esempio di un altro, e così è stato unito, permettendo l’inclusione del 21° posto nella lista finale. Un’altra questione (“interfacce cervello-macchina”) è stata considerata al di fuori dell’ambito dell'”ingegneria biologica”, così i partecipanti hanno votato per scambiarla con una questione leggermente più bassa. L’elenco finale dei problemi è riportato di seguito, raggruppati approssimativamente secondo la loro rilevanza nei termini vicini (< 5 anni), intermedi (5-10 anni) e più lunghi (> 10 anni). La “rilevanza” è una misura soggettiva e sfumata e potrebbe essere determinata da un numero qualsiasi di fattori, come ad esempio se la questione è considerata in corso, stabilita, o in un punto di svolta entro l’anno indicato. L’applicazione di criteri come questi è difficile per questioni che sono composte da più elementi. In questo caso, quindi, la “rilevanza” si riferisce al modo in cui direttamente, e per estensione, la questione generale potrebbe interagire in modo misurabile con i rischi per la società. Ci sforziamo di dare una visione equilibrata sia dei rischi che delle opportunità presentate da ciascun problema.

Figura 1.Scansione all’orizzonte.Le sette fasi della procedura di scansione all’orizzonte(Sutherland et al., 2011) sono state utilizzate per identificare i problemi emergenti nell’ingegneria biologica.

I problemi più rilevanti nel breve termine (< 5 anni)

Fotosintesi artificiale e cattura del carbonio per la produzione di biocarburanti

C’è una crescente necessità di catturare il carbonio e di sfruttare l’energia della luce solare per ridurre l’impatto ambientale della combustione dei combustibili fossili e il rilascio di metano dall’agricoltura di grandi animali. Ciò consentirebbe anche la produzione di combustibili, plastiche e sostanze chimiche da sostanze inquinanti. I metodi di cattura del carbonio basati sulla biologia includono l’uso di bioreattori per catalizzare la produzione di combustibili nei bioreattori a fermentazione (brevetto 20150247171, Lanzatech, NZ), o la creazione di ‘fotosintesi artificiale’ che utilizza l’energia solare per guidare una riduzione elettrochimica della CO2 al metanolo (Ager,2016). La nuova ricerca si concentra sulla combinazione di sistemi inorganici e biologici per aumentare l’efficienza. Ad esempio, una ‘foglia bionica’ in cui i catalizzatori inorganici si interfacciano con il batterio Ralstonia eutropha è in grado di produrre biomassa e alcoli liquidi di fusoliera con efficienze di riduzione del carbonio che superano la velocità raggiunta dalla fotosintesi nelle piante terrestri (Liu etal., 2016). È stato anche riportato un sistema ibrido nanofilo-batterico per fissare la_CO2 ad alte efficienze(Liu et al., 2015). Il loro approccio ibrido, interfacciando sistemi biologici e inorganici, è scalabile e potrebbe massimizzare le prestazioni complessive dei percorsi di sintesi chimica. Tali sviluppi potrebbero contribuire alla futura adozione di sistemi di cattura del carbonio e fornire fonti sostenibili di prodotti chimici e combustibili. Tuttavia, la sfida di far corrispondere il flusso di carbonio al flusso di fotoni e di gestire sia le componenti catalitiche che biologiche su larga scala deve ancora essere vinta.

Una fotosintesi potenziata per la produttività agricola

La rapida crescita della popolazione, accompagnata da un clima mutevole, rappresenta una delle principali sfide del nostro tempo. Per poter sfamare una popolazione mondiale prevista di oltre nove miliardi di persone nel 2050, la produttività agricola dovrà più che raddoppiare a fronte della contrazione delle coltivazioni(Alexandratos e Bruinsma, 2012). Invece, la crescita della produttività agricola delle colture alimentari più importanti è stata stagnante(Ray et al., 2012). I grandi guadagni in termini di resa della Rivoluzione Verde sono stati principalmente guidati dall’aumento della divisione della biomassa in grano (indice del raccolto), che è ora vicino al limite superiore teorico. Anche il cosiddetto gap di rendimento (la differenza tra il rendimento possibile e quello ottenuto) deve ancora essere colmato. Per evitare un’ulteriore conversione della terra in agricoltura, i rendimenti dei terreni attualmente coltivati devono essere aumentati. La riduzione delle perdite prima del raccolto, ad esempio quelle causate da malattie, così come la riduzione dei rifiuti post-raccolto e post-consumo, contribuirà anche a risolvere il problema della sicurezza alimentare. Un approccio promettente per aumentare significativamente i raccolti è quello di migliorare la fotosintesi. Questo è stato discusso per un certo periodo di tempo, ma la biologia sintetica sta ora fornendo le tecniche per raggiungerlo(Furbank et al., 2015). Ad esempio, è in corso un tentativo di aumentare il potenziale di resa attraverso l’ingegneria di un tipo di fotosintesi più efficiente, noto come C4, nel riso(http://photosynthome.irri.org/C4rice/). I modelli mostrano che l’aumento dell’efficienza dell’uso di acqua e azoto derivante da questo sforzo ingegneristico potrebbe portare ad un aumento della resa dal 30% al 50%(Karki et al., 2013). Le tecniche di biologia sintetica ci hanno permesso di reingegnerizzare interi genomi microbici(Hutchison et al., 2016), e sono in corso sforzi per progettare genomi cloroplastici sintetici in modo simile(Scharff e Bock, 2014). In futuro, i cloroplasti ingegnerizzati potranno codificare funzioni per migliorare la cattura fotosintetica e la conversione della luce e dell’anidride carbonica(Ort et al., 2015).

Nuovi approcci alle unità geniche sintetiche

Il potenziale delle pulsioni geniche (attraverso l’eredità sovramendeliana di un tratto introdotto) per la modulazione dei vettori di insetti di malattie umane come la malaria, il virus del Nilo occidentale e la Zika, è stato ampiamente riconosciuto e molto discusso (National Academies, 2016b). Anche le unità geniche sono state prese in considerazione per il ripristino degli ecosistemi, ad esempio eliminando i predatori introdotti dalle isole. L’obiettivo è quello di aumentare l’efficienza dei metodi “non-drive” esistenti che utilizzano un concetto simile di riduzione della vitalità della popolazione (ad esempio, rilasciando nell’ambiente insetti maschi sterili), ma che richiedono trattamenti ripetuti. Con l’approccio “gene drive”, il tratto collegato si propaga ad altre generazioni per permeare più rapidamente la popolazione, diffondendosi potenzialmente attraverso l’intera specie. Ciò solleva interrogativi su come il dispiegamento del gene drive nelle popolazioni selvatiche possa alterare gli ecosistemi, perturbando i livelli trofici e le reti alimentari, e creando nicchie vacanti (ad esempio, per nuove specie vettoriali di malattie o nuovi organismi patogeni). Le pulsioni geniche creano rischi che potrebbero essere sgradevoli anche se bilanciati con il potenziale di ridurre il numero di vite perse a causa di malattie trasmissibili. Si stanno quindi sviluppando nuove innovazioni per controllare la loro portata genetica(Defense Advanced Research Projects Agency, 2016a).

Un approccio consiste nell’includere “kill switch”, come i marcatori di identificazione o la suscettibilità intrinseca a specifici trattamenti o sostanze chimiche, che potrebbero essere utilizzati per controllare la popolazione ingegnerizzata(Akbari et al., 2015; DiCarlo et al., 2015). Una proposizione più complessa è quella di autolimitare intrinsecamente la propulsione genica dispiegandola come una “margherita” in cui i componenti della propulsione genica sono divisi in unità più piccole, geneticamente non collegate, che alla fine si segregerebbero nella popolazione, inattivando la propulsione(Smidler, 2016).

Fino a quando le unità geniche non avranno il permesso della società, il loro uso legale e regolamentato sarà probabilmente limitato a studi di prova di concetto su popolazioni di laboratorio limitate e forse a limitate sperimentazioni sul campo. Dato l’attuale dibattito pubblico e politico, insieme ai progressi su approcci alternativi al controllo delle malattie (ad esempio, la limitazione della capacità delle zanzare di trasmettere la malattia attraverso il rilascio di zanzare infette da Wolbachia, il rilascio di insetti maschi sterili geneticamente modificati o lo sviluppo di vaccini), non è ancora chiaro se le tecniche del gene drive diventeranno la tecnica di scelta per il controllo delle malattie. I miglioramenti nel controllo delle pulsioni geniche qui descritti possono aumentare la probabilità che tali tecniche siano permesse, ma l’incertezza circa gli impatti ambientali e la necessità pratica della tecnologia può ancora rendere i rischi inaccettabili. Ad esempio, il Broad Institute vieta l’uso della tecnologia CRISPR per il controllo delle pulsioni geniche, dei semi sterili o dei prodotti del tabacco per uso umano(https://www.broadinstitute.org/news/licensing-crispr-agriculture-policy-considerations).

Modifica del genoma umano

Le tecnologie di editing del genoma stanno accelerando la nostra comprensione di interi genomi umani e di singoli elementi genetici. Al di là della ricerca di base, molti stati hanno ora adottato misure per consentire l’editing terapeutico del genoma nelle cellule somatiche umane, e altri hanno dimostrato la volontà di modificare direttamente gli embrioni umani per la ricerca medica(Kang et al., 2016a; Liang et al., 2015). Le tecnologie di ingegneria del genoma come CRISPR/Cas9 offrono la possibilità di migliorare la durata della vita e la salute umana, recentemente mostrate negli embrioni umani per riparare le mutazioni che causano malattie(Ma et al., 2017). Tuttavia, la loro implementazione pone importanti dilemmi sociopolitici ed etici. La questione della modificazione ereditaria e umana dei germi diventa sempre più rilevante con l’emergere di metodi di modificazione del genoma(Yang et al., 2014), la dimostrazione di precedenti sicuri nei mammiferi e l’inizio di esperimenti somatici(Reardon, 2016).

A causa dei diversi livelli di accettazione tra gli individui e le visioni del mondo, è improbabile che ci sia un confine universalmente concordato tra l’editing del genoma per la medicina preventiva o terapeutica e l’editing che mira alla perfezione del genoma umano, o addirittura al miglioramento. Con l’accumularsi delle conoscenze sulla genetica di attributi umani sempre più sottili e complessi, è possibile che i genitori o gli stati con i mezzi finanziari e tecnologici possano scegliere di fornire vantaggi strategici alle generazioni future. Per esempio, un leader cinese ha dichiarato in precedenza che il suo governo avrebbe utilizzato tutti i mezzi disponibili per migliorare la salute della popolazione, compresa la modificazione genetica diretta dei suoi cittadini(Carlson, 2012). Con un discorso internazionale limitato sui diritti individuali e collettivi alla modificazione del genoma, l’uso non uniforme o la regolamentazione della tecnologia potrebbe trasformare la mobilità sociale e l’ordine internazionale in modi imprevedibili. Man mano che la tecnologia avanza, i responsabili politici dovranno lavorare a stretto contatto con le autorità di regolamentazione, le aziende biotecnologiche e i fornitori di servizi sanitari per garantire che sia la modifica del genoma umano somatico che quello germetico seguano le linee guida etiche concordate, sostenute da un ampio discorso.

Accelerare la ricerca delle agenzie di difesa nell’ingegneria biologica

La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) degli Stati Uniti ha investito 110 milioni di dollari in biologia sintetica nel 2014, che hanno rappresentato quasi il 60% dei finanziamenti per la biologia sintetica negli Stati Uniti in quell’anno, e questa cifra aumenta al 67% se si includono altri finanziamenti del Dipartimento della Difesa(Kuiken, 2015). Anche il Defence Science and Technology Laboratory del Regno Unito ha investito nella biologia sintetica, sebbene su scala più ridotta, e si è concentrato principalmente sullo sviluppo di nuovi materiali (DSTL, 2016). Le agenzie della Difesa riferiscono che stanno investendo in questi programmi con l’obiettivo di prevenire o rispondere a particolari minacce. Tuttavia, le aree in cui alcune agenzie stanno investendo (ad esempio l’agricoltura, le unità geniche, la produzione chimica) potrebbero sollevare sia problemi di percezione pubblica sia avere un potenziale di doppio uso. Ad esempio, il Programma Insect Allies della DARPA intende utilizzare gli insetti per diffondere virus vegetali ingegnerizzati che conferiscono tratti alle piante bersaglio di cui si nutrono (DefenseAdvanced Research Projects Agency, 2016b), con l’obiettivo di proteggere le colture da potenziali agenti patogeni delle piante. Tuttavia, è plausibile che tali tecnologie possano essere utilizzate da altri per danneggiare i bersagli. Molti progetti di bioingegneria in corso finanziati dall’esercito sembrano concentrarsi su potenziali tecnologie a doppio uso (Reardon, 2015) e devono essere attentamente presi in considerazione dalle autorità di regolamentazione, così come dai finanziatori, al fine di evitare un dilemma di sicurezza noto come “modello a spirale”. È qui che gli sforzi per anticipare e contrastare le capacità degli avversari con sistemi biologici ingegnerizzati possono effettivamente produrre tali capacità, giustificando l’aumento della ricerca sulla biodifesa e amplificando le tensioni(Jervis, 1978). I programmi di ricerca dovranno anche essere valutati rispetto a vari accordi internazionali, tra cui la Convenzione sulle armi biologiche e tossiniche, la Convenzione sulle armi chimiche, la Convenzione sulla proibizione dell’uso militare o di qualsiasi altro uso ostile delle tecniche di modificazione ambientale e la Convenzione sulla diversità biologica, che potrebbero richiedere rinegoziazioni per incorporare le tecnologie in rapida evoluzione e gli usi proposti risultanti da questi programmi.

Le questioni più rilevanti nel periodo intermedio (5-10 anni)

Medicina rigenerativa: Stampa 3D di parti del corpo e ingegneria dei tessuti

Gli ingegneri dei tessuti hanno già costruito o fatto crescere vesciche trapiantabili, articolazioni dell’anca, vagine, trachee, vene, arterie, orecchie, pelle, menisco del ginocchio e cerotti per i cuori danneggiati(Ghorbani et al., 2017; Davis et al., 2017; Naito et al., 2014). Diversi campi scientifici si stanno coalizzando per accelerare lo sviluppo di metodi per la costruzione di tessuti. Gli aspiranti ingegneri di organi possono ora utilizzare stampanti 3D progettate su misura per posizionare con precisione le cellule su impalcature a forma di organo(Wang et al., 2016a), come le parti del telaio di un’automobile. A complemento di questa tecnologia, una tecnica nota come decellularization di organi interi può creare impalcature pronte per le cellule impiantate, preservando l’architettura del tessuto nativo(Peloso et al., 2015). Le cellule viventi stampate sulle strutture sono state impiantate negli animali e sono maturate in tessuti funzionali (Kanget al., 2016b). Con il progresso di questa tecnologia, un numero maggiore di disturbi sarà curabile e, alla fine, il degrado legato all’età di vari sistemi corporei potrà essere reversibile. Mentre questa tecnologia senza dubbio allevierà le sofferenze causate da lesioni traumatiche e da una miriade di malattie che portano all’insufficienza degli organi, l’inversione del decadimento associato all’età è gravida di preoccupazioni etiche, sociali ed economiche. Gli attuali sistemi sanitari diventerebbero rapidamente sovraccaricati dai costi di reintegrazione di parti del corpo dei cittadini che invecchiano. Se i governi non possono permettersi terapie costose per scongiurare la vecchiaia in tutti i cittadini, potrebbero emergere nuove classi socioeconomiche, poiché solo coloro che possono pagare da soli tali cure possono prolungare i loro anni di salute.

Terapie basate sui microbi

Il microbioma umano è implicato in un gran numero di disturbi umani, dal Parkinson al cancro al colon (Sampsonet al., 2016), così come in condizioni metaboliche come l’obesità e il diabete di tipo 2 (Hartstraet al., 2015). Attualmente, gli interventi per manipolare la composizione microbica degli esseri umani sono limitati ad approcci piuttosto rozzi, come le diete probiotiche e prebiotiche e i trapianti fecali. Tuttavia, gli approcci di biologia sintetica potrebbero accelerare notevolmente lo sviluppo di terapie più efficaci basate sui microbioti(Sheth et al., 2016). Ad esempio, ceppi batterici geneticamente modificati o consorzi di microrganismi naturali e artificiali potrebbero essere introdotti o utilizzati per integrare il microbioma dell’ospite in terapie a base di cellule progettate per prevenire le infezioni, risolvere le infiammazioni o trattare i disturbi metabolici(Mimee et al., 2016). Le strategie ingegnerizzate basate sui fagi possono anche rivelarsi utili nelle terapie sottrattive volte a mirare agli agenti patogeni o a dare forma alle popolazioni batteriche associate all’ospite(Citorik et al., 2014). Tra le sfide normative poste da questi approcci c’è la possibilità che il DNA di microbi geneticamente modificati possa diffondersi ai membri endogeni del microbiota attraverso il trasferimento naturale di geni orizzontali, che è prevalente nel microbioma umano. Un’altra preoccupazione è la colonizzazione involontaria di altri attraverso la fuga di organismi geneticamente modificati nell’ambiente. Un dialogo tra ricercatori, medici e regolatori per sviluppare un quadro normativo coordinato per la sicurezza del paziente e le questioni ambientali è necessario per far progredire la ricerca clinica e la traduzione degli approcci di biologia sintetica alle terapie basate sui microbioti nel mondo reale.

Produrre vaccini e terapie umane nelle piante

Oggi, la maggior parte dei vaccini contro l’influenza sono prodotti in uova di pollo embrionate in un processo di sei mesi, prima del quale gli scienziati devono prevedere quali ceppi saranno dominanti(Milián e Kamen, 2015). Nel 2014/2015 è stato annunciato che il vaccino sarà efficace solo al 23% negli USA perché il virus dominante è stato erroneamente previsto e non è stato incluso nel processo di sviluppo del vaccino(Centers for Disease Control and Prevention et al., 2015). La capacità delle piattaforme vegetali di rispondere rapidamente alla domanda su larga scala e alle minacce di malattie emergenti è stata dimostrata per la prima volta nel 2012, quando la DARPA ha lanciato la sfida di produrre 10 milioni di dosi del vaccino antinfluenzale H1N1 entro un mese dal ricevimento di una sequenza genetica via e-mail. L’azienda canadese Medicago ha risposto con successo utilizzando un parente selvaggio del tabacco per la produzione(Lomonossoff e D’Aoust, 2016). Le foglie di questa pianta a basso costo vengono utilizzate in cicli di produzione di meno di una settimana, richiedendo solo acqua, luce e il modello di DNA per il prodotto di interesse come input(Sack et al., 2015). Le piante possono ora essere adattate per produrre proteine con modifiche post-traslazionali di tipo umano così come una serie di altre molecole usate come terapie umane che sono proibitivamente costose o difficili da produrre in altri sistemi, ampliando la gamma di terapie che potrebbero essere prodotte nelle piante(Li et al., 2016). L’approvazione del 2012 di Elelyso (Protalix) per l’uso commerciale nell’uomo per il trattamento della malattia di Gaucher ha aperto la strada (Mor,2015) a una serie di terapie e vaccini per condizioni che vanno dall’influenza al linfoma non-Hodgkins (Holtzet al., 2015). Questo ampliamento della portata e l’accumulo di esempi e successi segnala un cambiamento verso la produzione su scala industriale di nuove terapie per le malattie emergenti su scala industriale, che richiederà un panorama normativo altrettanto reattivo per i test e la diffusione.

Produzione di farmaci illegali con l’utilizzo di organismi ingegnerizzati

I progressi nell’ingegneria del metabolismo microbico hanno portato allo sviluppo di ceppi microbici in grado di produrre una vasta gamma di molecole complesse dallo zucchero. Questi progressi consentono la produzione fermentativa di farmaci che altrimenti sarebbero prodotti chimicamente o isolati da organismi wild-type. Un esempio notevole di questo è il lievito progettato per produrre oppiacei(Galanie et al., 2015). Sebbene le rese siano attualmente insufficienti per l’isolamento di quantità significative di prodotti(Endy et al., 2015), si prevede che i futuri progressi possano rendere la fermentazione non solo una valida alternativa alle catene di approvvigionamento basate su piante e chimica, ma anche attraente per la produzione e l’abuso criminale. La barriera all’ingresso per la fermentazione è relativamente bassa e sono necessarie solo poche cellule per iniziare una nuova coltura. Così la diffusione di ceppi ingegneristici al di fuori del mondo accademico e dell’industria in gruppi che operano al di fuori dei regolamenti statali e internazionali potrebbe segnare un cambiamento radicale sia nella produzione di droga che nell’accesso(Oye et al., 2015). La produzione non autorizzata di farmaci legali con questi mezzi può risultare in alternative più economiche, ma forse meno pure, ai prodotti su licenza (ad esempio, i prodotti farmaceutici). Inoltre, la produzione fermentativa di droghe illecite potrebbe consentire una produzione locale su piccola scala che perturba e mina le vie di transito esistenti e le reti della criminalità organizzata. Oppure, tecnologie e individui con competenze adeguate potrebbero essere incorporati nelle reti criminali esistenti. Il potenziale di uso illegale di queste tecnologie garantirà che le richieste di controllo e proibizione continuino(Oye et al., 2015).

Riassegnazione dei codici come firewall genetici

Sono in corso progetti di sintesi del genoma intero in batteri e lieviti che possono realizzare nuovi microbi ingegnerizzati che riconoscono solo parzialmente il codice genetico standard(Ostrov et al., 2016; Wang et al., 2016b). Un genoma di Escherichia coli è stato modificato per non utilizzare più uno dei 64 codoni normalmente riconosciuti nella sintesi proteica: le cellule che contengono questo genoma possono invece utilizzare questo codone libero per inserire in modo programmabile aminoacidi non standard con proprietà fisiche e chimiche alternative in proteine, traducendo comunque il repertorio proteico originale richiesto per la crescita(Lajoie et al., 2013). La riassegnazione del codone offre interessanti opportunità per l’uso industriale, in quanto le cellule possono far aggiungere nuove sostanze chimiche alle loro proteine e così facendo produrre nuovi biomateriali funzionali o enzimi capaci di nuovi tipi di catalisi. Attualmente è finalizzato a “fermare” i codoni nelle sequenze naturali, ma potrebbe anche essere usato per riassegnare i codoni alternativi che codificano gli aminoacidi, nel qual caso potrebbe anche creare un “firewall” genetico in cui i geni naturali non sono più correttamente convertiti in proteine quando vengono inseriti nelle cellule ingegnerizzate. Questo riduce la suscettibilità dell’organismo ricodificato al trasferimento genico orizzontale da parte dei microbi circostanti o dall’attacco dei fagi. Mentre questo è particolarmente auspicabile per la stabilità nei sistemi industriali, aumenta la possibilità di creare microbi invulnerabili che potrebbero crescere incontrollate negli ecosistemi naturali. Tuttavia, le cellule ricodificate possono essere limitate a condizioni controllate: codificando l’incorporazione di un amminoacido non standard nei geni essenziali, la cellula dipende dall’apporto di questo amminoacido per la sopravvivenza e morirà in qualsiasi ambiente dove questo non è fornito(Mandell et al., 2015; Rovner et al., 2015). Gli organismi ricodificati presentano quindi un nuovo problema di biosicurezza: sono stati intenzionalmente progettati per avere meno probabilità di interagire con gli organismi naturali ma, nel farlo, hanno il potenziale per diventare un concorrente ecologico se non adeguatamente controllato. Le cellule geneticamente protette dal fuoco rappresentano il gold standard per il contenimento intrinseco, ma anche una grande sfida per la regolamentazione esistente.

Aumento degli strumenti automatizzati per la progettazione biologica, il test e l’ottimizzazione

Il processo di progettazione, test e ottimizzazione dei sistemi biologici deve diventare più efficiente. L’automazione è stata applicata con grande successo ai processi di progettazione, test e produzione utilizzati, ad esempio, nell’industria automobilistica, aerospaziale ed elettronica. Tuttavia, l’ingegneria degli organismi non è ancora eseguita su scale simili. La fabbricazione automatizzata con materiali biologici e la successiva caratterizzazione di materiali e cellule ingegnerizzate si sta ora affermando sotto forma di servizi forniti da “biofabbriche” in diverse università e aziende (CheckHayden, 2014). Attualmente, la maggior parte dell’automazione di laboratorio si basa sull’uso di strumenti e tecnologie esistenti, automatizzando protocolli precedentemente eseguiti manualmente per la progettazione, la simulazione, la costruzione e il collaudo. La prossima ondata di automazione di laboratorio estenderà questo processo, spostando l’attenzione degli esperti dalle minuzie della progettazione e della costruzione degli organismi a una visione funzionale più astratta; il software basato sull’intelligenza artificiale progetterà e analizzerà automaticamente gli esperimenti; e il lavoro di laboratorio sarà eseguito da tecnici o robot secondo le istruzioni del software. Questi strumenti permettono quindi di interrogare spazi sperimentali sempre più ampi in modo rapido ed economico. Questa tecnologia di base accelererà il processo per scoprire nuove molecole o prototipi di nuove applicazioni che favoriscono lo sviluppo di molti bioprodotti. Ridurrà le competenze specialistiche necessarie per la progettazione, la fabbricazione e la validazione e, insieme alla fabbricazione in outsourcing, aprirà opportunità per i paesi con minori capacità biotecnologiche di trarre vantaggio dal boom della bioeconomia. Più in generale, l’imminente arrivo della “progettazione per la produzione” per i sistemi di bioingegneria è suscettibile di migliorare rapidamente la capacità della bioproduzione di competere con le industrie manifatturiere tradizionali (Carlson,2016; Sadowski et al., 2016). La conseguente accelerazione della bioingegneria avrà un impatto anche sul sistema di regolamentazione con l’aumento della complessità e del tasso di presentazione delle proposte.

La biologia come scienza dell’informazione: Impatti sulla governance globale

La capacità di sintetizzare chimicamente o di “scrivere” molecole di DNA a basso costo significa che il valore intrinseco di una data sequenza di DNA risiede sempre più nelle informazioni sulla sua funzione o sulla funzione di qualsiasi prodotto che codifica piuttosto che in un campione fisico dell’organismo da cui quella sequenza ha avuto origine. Le informazioni genetiche possono ora essere accessibili online e sfruttate in un luogo remoto senza dover ricorrere a complicate procedure di esportazione/importazione o ad accordi di trasferimento di materiale. Mentre l’uso (e l’abuso) di informazioni genetiche richiedeva storicamente il trasporto di campioni, oggi gli ingegneri biologici ordinano sempre più spesso la sintesi de novo di qualsiasi sequenza di DNA che desiderano utilizzare da un fornitore commerciale, utilizzando come modello le risorse di sequenza contenute nei database online. Inoltre, è ora possibile viaggiare con un sequenziatore portatile e passare da un campione alla sequenza in meno di 24 ore(Quick et al., 2016) negando la necessità di trasportare i campioni al laboratorio per ottenere le informazioni genetiche necessarie. Gli enormi benefici di questa rapida trasmissione e sintesi online di informazioni genetiche si stanno già realizzando, ad esempio, attraverso la produzione di dieci milioni di dosi di vaccino appena un mese dopo il ricevimento di una e-mail contenente la sequenza del ceppo virale(Powell, 2015). Tuttavia, le pratiche e le linee guida attuali per disciplinare l’accesso, la privacy e la condivisione dei benefici derivanti dall’uso delle risorse genetiche, come il Protocollo di Nagoya (vedi sotto), sono ancora prevalentemente incentrate su campioni fisici, aumentando il potenziale di biopirateria.

Intersezione tra sicurezza delle informazioni e bio-automazione

L’ingegneria biologica pone l’informazione genetica al centro di un ciclo iterativo di progettazione-costruzione-costruzione-test per gli organismi geneticamente modificati. I progressi nella tecnologia dell’automazione, combinati con tecniche di ingegneria più veloci e affidabili, hanno portato alla nascita di ‘laboratori cloud’ robotici dove l’informazione digitale viene trasformata in DNA e poi espressa in alcuni organismi bersaglio con una produttività molto elevata e una diminuzione della supervisione umana. Questa maggiore dipendenza dalla bio-automazione e dall’ingestione di informazioni digitali da più fonti apre la possibilità di nuovi tipi di minacce alla sicurezza delle informazioni. Queste potrebbero includere: la manomissione delle sequenze digitali del DNA che porta alla produzione di organismi nocivi da parte di ricercatori che non sono consapevoli dei cambiamenti dannosi; il sabotaggio della produzione di vaccini e farmaci attraverso attacchi a database di sequenze critiche di DNA o attrezzature; l’uso del DNA come “cavallo di Troia” per effettuare un attacco digitale. Quest’ultimo scenario è stato recentemente simulato da ricercatori dell’Università di Washington, che hanno progettato con successo una sequenza di DNA per sfruttare una vulnerabilità da loro introdotta nel software di sequenziamento del DNA(Ney, 2017).

La sicurezza dell’informazione è probabilmente una minaccia ben riconosciuta, per cui ci si potrebbe chiedere perché si tratti di un problema di scansione all’orizzonte. Gli strumenti e i servizi digitali emergenti del DNA presentano un chiaro potenziale per nuove forme e fonti di rischio, poiché il DNA è direttamente “eseguibile” e i metodi di verifica come il sequenziamento possono essere violati, ostacolando gli sforzi per garantire la qualità e la coerenza. Le recenti esperienze con i “dispositivi internet degli oggetti” suggeriscono che la sicurezza non sempre riceve sufficiente attenzione quando una nuova tecnologia è in rapido sviluppo ed è in fase di crescente decentramento(Department of Homeland Security, 2016). Poiché la bioautomazione è attualmente in fase di sviluppo e di decentramento, proponiamo che la sicurezza dell’informazione sia considerata un problema e che le vie per affrontarlo siano esplorate in via prioritaria. Queste potrebbero includere la definizione di standard di sicurezza dell’informazione per la bioindustria, come la garanzia di un forte controllo di crittografia e di qualità per tutte le bioautomazioni, il riconoscimento dei database bioinformatici pubblici come infrastruttura critica e l’ulteriore impegno con gli esperti di sicurezza dell’informazione nell’implementazione di strumenti e servizi.

Effetti del protocollo di Nagoya sull’ingegneria biologica

Il Protocollo di Nagoya sull’accesso alle risorse genetiche e la giusta ed equa condivisione dei benefici derivanti dal loro utilizzo(Convenzione sulla diversità biologica, 2010), un accordo supplementare alla Convenzione sulla diversità biologica (CBD), è entrato in vigore nel 2014. Si prevede che cambierà il modo in cui il materiale genetico viene trattato dai Paesi firmatari del protocollo (93 al momento della stesura). Mentre molti Paesi stanno ancora formulando la legislazione nazionale e i piani di attuazione, alcuni Paesi ricchi di biodiversità (i cosiddetti Paesi fornitori) hanno già adottato misure legislative per limitare l’accesso alle risorse genetiche fisiche e digitali provenienti dall’interno dei loro confini(Bagley e Rai, 2013; Manheim, 2016). Se il Protocollo di Nagoya dovesse essere esteso ai dati associati (come le informazioni sulle sequenze genetiche), esso influenzerà sostanzialmente la raccolta, il trattamento e il trasferimento di tali dati, che sono ampiamente utilizzati nell’ingegneria biologica. “Digital Sequence Information of Genetic Resources” è stato discusso in una riunione della CBD nel dicembre 2016 (la riunione della COP13) e riconosciuto come una questione trasversale (Convenzione sulla Diversità Biologica, 2016). È stata presa la decisione di istituire un gruppo di esperti tecnici ad hoc per raccogliere punti di vista e informazioni pertinenti, e uno studio di accertamento dei fatti e di scoping sarà probabilmente preso in considerazione alla riunione della COP14. L’incertezza normativa, le condizioni restrittive stabilite dai paesi fornitori e la limitata capacità di trattare le richieste possono rallentare la ricerca futura e la sua commercializzazione. In risposta, potrebbero essere implementati nuovi programmi di coordinamento dello scambio di risorse genetiche, che potrebbero richiedere un sistema internazionale per tracciare l’origine di una risorsa genetica. Tra le sfide pratiche, gli sviluppi discussi in ‘Biologia come scienza dell’informazione’ (sopra) sottolineano l’importanza di mantenere lo spirito del Protocollo di Nagoya, per il suo potenziale di ridurre le disuguaglianze tra i paesi e promuovere la sostenibilità ecologica creando un incentivo a preservare le fonti potenzialmente preziose di materiale genetico.

Spionaggio aziendale e biocriminalità

La biotecnologia all’avanguardia è associata a una serie di preoccupazioni relative all’abuso criminale. Le bioeconomie emergenti dovranno affrontare molti degli stessi rischi e vulnerabilità dei settori più consolidati a causa dell’elevato costo dello sviluppo dei prodotti biotecnologici. Il contesto normativo relativamente impegnativo in settori quali l’alimentazione e la salute può rendere il settore particolarmente suscettibile sia allo spionaggio aziendale che all’emergere di mercati contraffatti. In un recente esempio, uno dei sei cittadini cinesi accusati dal governo statunitense si è dichiarato colpevole per aver tentato di rubare segreti commerciali alle aziende produttrici di sementi geneticamente modificate(Waltz, 2016). Al di là del furto di campioni fisici, il carattere informativo-centrico della moderna biotecnologia comporta un aumento del rischio di reati informatici come il furto di dati e l’estorsione(Evans e Selgelid, 2015). Il commercio sotterraneo esiste già per le droghe ricreative, i medicinali e le sementi delle colture(Tatge, 2004). Con la continua espansione dell’industria biotecnologica e la crescente accessibilità sia delle informazioni biologiche che delle tecniche di ingegneria genetica per i non specialisti, la biopirateria si diffonderà probabilmente in futuro.

Le questioni più rilevanti a lungo termine (>10 anni)

I nuovi produttori perturbano i mercati farmaceutici

Attualmente, molti composti medicinali sono o sintetizzati chimicamente o estratti direttamente dall’organismo di origine, spesso una pianta difficile da coltivare. Questi processi possono essere complessi e costosi e richiedono strutture specializzate. I recenti progressi hanno visto i percorsi biosintetici per diverse terapie umane re-ingegnerizzate in lievito (per esempio, l’idrocodone analgesico(Galanie et al., 2015), l’artemisinina antimalarica(Paddon et al., 2013), e la strictosidina, da cui derivano gli agenti chemioterapici vinblastina e vincristina (Brown et al., 2015)). Inoltre, i bio-laboratori comunitari e le start-up imprenditoriali di tutto il mondo stanno personalizzando e diffondendo metodi e strumenti per la sperimentazione biologica e l’ingegneria. Ad esempio, nel 2015, un team di biohacking a Oakland, California, si è assicurato un crowd-funding per sviluppare un protocollo open source per la produzione di insulina generica a basso costo da E. coli(Stelzer, 2016). Sistemi di produzione alternativi a basso costo combinati con modelli di business aperti e tecnologie open source annunciano opportunità per la produzione distribuita di terapie su misura per le malattie regionali che le multinazionali farmaceutiche potrebbero non trovare redditizie(Pauwels, 2016). Questo potrebbe portare a un cambiamento verso una produzione farmaceutica più equa e distribuita a livello globale, affrontando le attuali preoccupazioni di lunga data che l’industria farmaceutica sta traendo profitto da campioni genetici prelevati da paesi in via di sviluppo senza condividere i benefici(Organizzazione Mondiale della Sanità, 2007). Tuttavia, solleva preoccupazioni circa la potenziale perturbazione dei mercati di produzione esistenti e delle catene di approvvigionamento delle materie prime, nonché il timore di una regolamentazione inadeguata, di un controllo meno rigoroso della qualità dei prodotti e di un uso improprio.

Tecnologie della piattaforma per affrontare le pandemie di malattie emergenti

Le malattie infettive emergenti – come le recenti epidemie di virus Ebola e Zika – e i potenziali attacchi con armi biologiche richiedono una diagnosi e un trattamento scalabile e flessibile (Organizzazione Mondialedella Sanità, 2016). Gli attuali metodi di diagnosi e risposta alle malattie tendono ad essere adattati ai singoli agenti patogeni, o anche a singoli ceppi di agenti patogeni, con scarsa capacità di condividere i dati o di riutilizzare i sistemi per più agenti patogeni. Questi metodi di ingegneria “stovepipe” (che si riferiscono ad approcci separati e isolati per la soluzione dei problemi) sono spesso inefficienti se paragonati a piattaforme riutilizzabili che possono adattarsi per individuare e sviluppare rapidamente contromisure a diverse malattie infettive emergenti. Tali tecnologie di piattaforma ridurrebbero notevolmente i tempi di risposta alle pandemie emergenti. Per questo motivo, vi sono state una serie di recenti richieste di finanziamento per tali piattaforme, ad esempio, da parte dell’Organizzazione Mondiale della Sanità(Organizzazione Mondiale della Sanità, 2016). Le tecnologie della piattaforma potrebbero utilizzare il sequenziamento metagenomico per creare diagnosi in cecità degli agenti patogeni o essere in grado di creare una serie di agenti terapeutici. Tra gli esempi esistenti vi sono le dorsali standardizzate del vaccino antinfluenzale per il rapido sviluppo di candidati vaccinali(Dormitzer et al., 2013) e i sistemi di produzione di anticorpi a base vegetale(Olinger et al., 2012), come descritto nel precedente paragrafo “Produzione di vaccini e terapie umane nelle piante”.

Il valore, la distribuzione e l’uso di una particolare tecnologia di piattaforma non sono garantiti. Le nuove tecnologie per combattere le malattie infettive sono soluzioni insufficienti se una parte significativa della popolazione non ha accesso alle più elementari infrastrutture sanitarie e di salute pubblica(Evans, 2014). Le tecnologie della piattaforma possono essere o meno completamente distribuite, e ci possono essere delle restrizioni su dove possono operare; per esempio, se i sistemi di produzione basati su piante hanno un clima limitato in cui possono essere coltivate, o richiedono risorse significative per essere coltivate. Dato che la protezione globale contro le malattie infettive emergenti dipende da un’azione rapida, spesso internazionale, è necessario affrontare le barriere politiche ed economiche alla distribuzione di tali tecnologie(Brown e Evans, 2017).

Sfide alle descrizioni basate sulla tassonomia e alla gestione del rischio biologico

Oggi, gli sforzi per descrivere e gestire il biorischio si basano sulla classificazione tassonomica degli agenti coinvolti (ad esempio, le “Liste di agenti patogeni” del Gruppo Australia o le “Select Agent Rules” del CDC). Con il progredire delle scienze della vita, l’utilità di queste liste è diminuita a causa di diversi fattori. Per cominciare, gli agenti chimerici e modificati non si inseriscono facilmente in tali elenchi. Ad esempio, un virus composto da elementi genetici di diversi ceppi correlati sfida la descrizione tassonomica (ad esempio, è un ceppo di virus del morbillo, della peste bovina o del cimurro canino? In secondo luogo, e forse la cosa più fondamentale, è la presenza di particolari proprietà funzionali di un agente che determina il rischio, piuttosto che l’identità dell’agente stesso. Ad esempio, la maggior parte dei ceppi di Bacillus cereus sono innocui, ma l’identificazione di ceppi tossicologici(Okinaka et al., 2006) ha spinto i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC) a riscrivere le regole e a includere questo ceppo come agente selezionato (USDepartment of Health and Human Services, 2016). Allo stesso modo, hanno dovuto includere almeno una definizione fenotipica, per il virus della malattia di Newcastle. La possibilità di descrivere e gestire il biorischio secondo la funzione biologica, piuttosto che secondo la tassonomia, è stata oggetto di un lungo dibattito(National Academies, 2010), ma è estremamente rilevante in un momento in cui molti nuovi agenti patogeni e ceppi vengono scoperti attraverso la bioprospezione, e il sistema attuale rischia di sovraregolamentare gli organismi innocui non patogeni o di non riuscire a catturare gli agenti patogeni correlati a distanza con proprietà simili. Per garantire che la gestione del rischio biologico e i regimi di biosicurezza rimangano rilevanti anche in futuro, gli elenchi tassonomici trarrebbero beneficio da definizioni fenotipiche supplementari che catturino i tratti che influenzano la biosicurezza o il rischio di biosicurezza dei ceppi.

Cambiamento dei modelli di proprietà nella biotecnologia

I modelli di proprietà nella bioingegneria sono in genere fortemente integrati verticalmente e dipendono fortemente dalla brevettabilità sia degli strumenti che delle applicazioni. L’attuale struttura del mercato e la catena di fornitura forniscono un accesso limitato agli strumenti e alle tecnologie di base della bioingegneria a coloro che si trovano in contesti con scarse risorse e che potrebbero probabilmente trarre i maggiori benefici sociali ed economici dallo sviluppo di una bioeconomia sostenibile basata su esigenze e priorità locali(Juma e Konde, 2013). L’aumento di strumenti generici non coperti da brevetto e l’abbassamento delle barriere tecniche per la biologia ingegneristica hanno il potenziale per cambiare questo stato di cose, in particolare laddove si aprono ad altri nuovi progressi fondamentali su cui costruire(Hope, 2008). Questo è dimostrato nel software open source e, più rilevante, nella scoperta di farmaci (Masum, 2011). Gli esempi attuali nel campo delle biotecnologie includono il lavoro di New Harvest, un’organizzazione no-profit statunitense che sta costruendo una biblioteca di linee cellulari open source per la produzione di carne coltivata, e numerosi fornitori open source di hardware aperto che consentono la sperimentazione ad alta produttività, come il robot di manipolazione dei liquidi OpenTrons e il sistema digitale microfluidico DropBot. Sebbene piattaforme come espacenet.com e lens.org contribuiscano a promuovere la trasparenza, il panorama dei brevetti per la biologia ingegneristica è complesso(Carbonell et al., 2016; Carlson, 2011). Le risorse disponibili al pubblico che chiariscono lo status delle biotecnologie open source potrebbero fornire grandi benefici per migliorare il ritorno dell’investimento pubblico nella ricerca e nel sistema brevettuale stesso. Sfruttare le biotecnologie open source – quelle entrate nel pubblico dominio attraverso il sistema dei brevetti e quelle rese disponibili attraverso strumenti legali come il BioBrick Public Agreement e OpenMTA – potrebbe facilitare una diffusa condivisione delle conoscenze e degli strumenti fondamentali per la biologia ingegneristica (Grewal,2017).

Assicurare le infrastrutture critiche necessarie per la realizzazione della bioeconomia

Molti governi vedono una fiorente bioeconomia come la base della prosperità nazionale nel^21° secolo, e la biologia sintetica sarà una componente chiave dell’infrastruttura necessaria per realizzare questo obiettivo(Carlson, 2016). Il Piano Strategico del Regno Unito del Synthetic Biology Leadership Council (SBLC)(Synthetic Biology Leadership Council, 2016) concentra l’attenzione sulla traduzione delle idee emergenti e sulla commercializzazione delle applicazioni con l’obiettivo di una piattaforma basata sulla biologia sintetica da 10 miliardi di sterline nel Regno Unito entro il 2030, basandosi sulla massimizzazione della capacità della pipeline di innovazione, sulla costruzione di una forza lavoro esperta, sullo sviluppo di un ambiente commerciale di supporto e sulla creazione di valore dalle partnership nazionali e internazionali. Un’infrastruttura diversificata, ampiamente distribuita e variegata sarà fondamentale, nel senso di essere essenziale per la realizzazione dei benefici attesi dalla bioeconomia, e come tale degna di essere protetta. Tuttavia, la bioeconomia sommerà molti settori dell’economia di una nazione (prodotti farmaceutici e sanitari; energia e trasporti; agricoltura, produzione alimentare e di fibre; gestione dell’acqua e dei rifiuti; e, potenzialmente, produzione di elettricità). La vulnerabilità alle attività criminali o terroristiche è una preoccupazione legittima, ma la natura ampiamente dispersa di questa infrastruttura (geograficamente e settorialmente) la collocherà in una categoria diversa da quelle che sono attualmente considerate Infrastrutture Critiche Nazionali(Lewis et al., 2013). Pertanto, i tentativi ben intenzionati di proteggere la bioeconomia dalle minacce potrebbero causare più danni alla bioeconomia che non le minacce stesse. I Paesi temono che qualsiasi perdita di vantaggio competitivo avrebbe un grave impatto sulla loro sicurezza nazionale, attraverso i costi di opportunità economiche e l’impedito sviluppo di specifiche applicazioni di sicurezza, come lo sviluppo di contromisure mediche alle minacce e il miglioramento della diagnostica(Gronvall, 2015). La scelta delle modalità di governance appropriate richiederà di bilanciare la libertà di innovazione con i vantaggi di sicurezza derivanti dalla centralizzazione e dal controllo(International Risk Governance Council, 2011).

Discussione

Avendo completato il processo iterativo di abbattimento dei problemi di basso punteggio come descritto sopra, abbiamo trovato poco che separa i primi 20 problemi. Per evitare di enfatizzare eccessivamente le leggere differenze di punteggio, abbiamo scelto di non presentare i primi 20 numeri in ordine di classifica. La complessità del campo richiede un approccio globale e sfaccettato. Tuttavia, alcuni organi politici o decisionali possono concentrarsi sulla preparazione di futuri lontani e su questioni a lungo termine che altrimenti potrebbero essere messe in ombra dalle priorità attuali e più pressanti. Altri possono concentrarsi su questioni a più breve termine che richiedono un’attenzione immediata. I grandi organismi di finanziamento della scienza tendono a prendere in considerazione una serie diversificata di questioni distribuite in una gamma di orizzonti temporali. Per collocare le 20 principali questioni in un contesto temporale, le abbiamo raggruppate approssimativamente in base alla loro rilevanza a breve termine (< 5 anni), intermedio (5-10 anni) e più lungo (> 10 anni). Le applicazioni e la ricerca con il potenziale di impatti a breve termine sui sistemi critici, come l’approvvigionamento globale di cibo e carburante, gli ecosistemi, la salute e la geopolitica, sono così apparse nella prima categoria. Quelle che influenzano la società indirettamente attraverso piattaforme, modelli di proprietà, mercati o infrastrutture future, possono avere un impatto sociale meno immediato e quindi sono apparse nella seconda categoria.

Le prime 20 voci contengono una miscela di questioni sociali, ambientali, economiche e sanitarie, ma l’equilibrio è stato ponderato verso le innovazioni mediche e la salute, con una rappresentazione relativamente meno rappresentativa delle questioni ambientali, ecologiche o agricole (con l’eccezione di tre argomenti: rischi ecologici delle unità geniche; fotosintesi artificiale per la produzione di carburante; e nuovi metodi di fotosintesi potenziata per migliorare la produttività agricola). Sorprendentemente, questo squilibrio non riflette le aree di applicazione prevalenti del gruppo, che erano più rappresentative del cibo, dell’agricoltura e dell’ambiente rispetto alla salute e alla medicina. Questo risultato può riflettere l’importanza relativamente alta che la società attribuisce alla salute umana e al miglioramento, e il livello molto più alto di investimenti nelle scienze della salute. Ma proprio come l’ingegneria biologica è pronta a trasformare la sanità, sembra anche destinata a rivoluzionare questi altri campi. Nell’ultima scansione all’orizzonte per le questioni che potrebbero avere un impatto sul futuro della conservazione globale e dell’ambiente(Sutherland et al., 2017), quattro dei 15 argomenti prioritari erano le applicazioni biotecnologiche: la creazione di carburante da foglie bioniche; la fotosintesi inversa per la produzione di biocarburanti; la manipolazione dei simbionti del corallo per evitare lo sbiancamento di massa del corallo; e l’uso estensivo di batteri e funghi per gestire parassiti e malattie agricole.

Temi emergenti

La bioproduzione e la sua intersezione con gli aspetti informativi e digitali della biotecnologia hanno avuto un ruolo importante nei nostri problemi. Abbiamo sollevato la questione di una produzione sempre più distribuita sui mercati farmaceutici, e molte discussioni sono state dedicate alla sicurezza della bioproduzione in outsourcing, un’area segnalata come bisognosa di maggiore ricerca e politica, e relativamente sottorappresentata in letteratura. La crescita della bioeconomia promette sostenibilità e nuovi metodi per affrontare le sfide ambientali e sociali globali. Tuttavia, allo stesso tempo, alcuni aspetti del funzionamento della bioeconomia presentano nuovi tipi di sfide per la sicurezza. Non solo è meno centralizzata di industrie più consolidate, come quella petrolchimica, ma la produzione biologica può anche presentare rischi più complessi, sconosciuti e su larga scala rispetto a un tino di prodotti chimici: in parte perché è auto-replicante e una parte significativa del suo set di istruzioni è codificata digitalmente in uno stato leggibile-scrivibile. Abbiamo segnalato alcune sfide che questo crea per gli accordi internazionali come il Protocollo di Nagoya (ad esempio, i controlli sui materiali fisici possono essere aggirati sintetizzando organismi basati sulla trasmissione di dati). Abbiamo discusso di come questa interdipendenza con la tecnologia dell’informazione abbia anche posto le basi per nuove minacce biotecnologiche, con crescenti opportunità di manomettere i biodati, gli algoritmi o i sistemi di biofabbricazione automatizzati. I dati biologici si distinguono da altri problemi di sicurezza informatica perché siamo indissolubilmente legati ad essi; è possibile cambiare facilmente il PIN o il numero di telefono, ma non è così facile cambiare il proprio DNA. La standardizzazione delle informazioni biologiche e dei metodi per la convalida, l’archiviazione e il recupero dei dati è vista come un punto di partenza per migliorare la biosicurezza informatica, e si stanno compiendo sforzi per portare la standardizzazione sul campo attraverso agenzie nazionali (si veda, ad esempio, il National Institute of Standards and Technology, 2014; British Standards Institution, 2015) e iniziative comunitarie come il concorso internazionale di macchine geneticamente modificate (iGEM) per studenti, che ha aperto la strada alla standardizzazione delle parti e delle descrizioni biologiche.

Un altro tema che è emerso ripetutamente nella nostra discussione è stato quello dell’accesso alla tecnologia. Le questioni relative all'(in)uguaglianza sono state catturate in molti dei temi descritti in questo documento. Ad esempio, l’aumento di strumenti open source non protetti da brevetto potrebbe facilitare una diffusa condivisione delle conoscenze nel campo dell’ingegneria biologica e aumentare l’accesso ai benefici per coloro che si trovano nei paesi in via di sviluppo. Tradurre una maggiore equità nello scambio di conoscenze e nella proprietà in uno sviluppo economico e sostenibile è subordinato al superamento di molte disuguaglianze e strutture di potere esistenti, ma alcune iniziative stanno cominciando a colmare questo divario, in particolare nel settore sanitario. La società può vedere i benefici della medicina a prezzi accessibili quando i nuovi produttori entrano nel settore sanitario, riducendo i monopoli delle grandi aziende farmaceutiche del mondo sviluppato, mediate attraverso i brevetti. D’altra parte, alcuni progressi nel settore possono introdurre un’assistenza sanitaria meno accessibile e specializzata man mano che ci si orienta verso la medicina rigenerativa – stampa 3D di parti del corpo, ingegneria tissutale e aggiornamenti genetici – e aumentare i genomi umani, aumentando la possibilità di nuove classi “sociogenetiche”.

Un terzo tema si estende dalle discussioni sull’uguaglianza, l’accesso e la condivisione dei benefici: cioè la fiducia e l’accettazione del pubblico. Sono state discusse diverse questioni che potrebbero influenzare l’accettazione pubblica delle biotecnologie in vari modi. L’accettazione potrebbe aumentare con il cambiamento dei modelli di proprietà sopra descritti – lontano dalle grandi imprese e verso una scienza più aperta – e una più equa distribuzione dei benefici. Può anche aumentare con l’avanzare delle tecnologie per affrontare problemi che colpiscono in modo sproporzionato il mondo in via di sviluppo, come la sicurezza alimentare e le malattie. Se la biologia sintetica riuscisse a sradicare la malaria o la Zika, ciò potrebbe rafforzare l’opinione pubblica a favore dell’ingegneria genetica (come dimostra la recente lettera aperta dei premi Nobel che criticano Greenpeace per la sua posizione anti-GMO; Agre, 2016). Tuttavia, notiamo che in un recente voto in Florida – un referendum non vincolante che chiede ai residenti della contea di Monroe e di Key West se sono favorevoli al rilascio di zanzare geneticamente modificate per combattere la diffusione di alcune malattie causate dalle zanzare – solo una piccola maggioranza di elettori in tutta la contea ha sostenuto l’uso di questa tecnologia (57%), e nel sito di prova sul campo proposto, la maggioranza si è opposta (65%; Servick, 2016). Avere un punto finale epidemiologico come misura del successo della tecnologia potrebbe potenzialmente segnare un cambiamento di paradigma sul campo, al di là del metro di accettazione del pubblico. Ma d’altra parte, procedere senza le opportune precauzioni di sicurezza e senza il consenso della società – qualunque siano i benefici per la salute pubblica – potrebbe danneggiare il settore per molti anni a venire.

Contesto normativo

Le sfide normative emergenti che sono state sollevate nell’elenco più lungo delle questioni di scansione dell’orizzonte (ma non coperte nelle 20 questioni di cui sopra) includono questioni relative allo stato dei prodotti e dei processi innovativi dati gli attuali sistemi normativi dell’UE applicati agli OGM, considerati da molti come “non adatti allo scopo” (Baulcombe, 2014) (sebbene i pareri dell’UE sulla biologia sintetica non fossero d’accordo con questa valutazione (Comitato scientifico sui rischi sanitari emergenti e recentemente identificati (CSRSERI), 2017). L’attuale sistema normativo dell’UE, se applicato senza adattamento alla biologia sintetica e alle tecniche di modificazione genica, può inibire lo sviluppo di innovazioni con il potenziale di fornire benefici per la società(Tait, 2009), come la Collaborazione sui biosensori dell’arsenico per il rilevamento di livelli di arsenico non sicuri nei pozzi d’acqua in paesi colpiti come l’India e il Bangladesh. L’attuale sistema normativo statunitense ha visto anche alcune sfide per quanto riguarda il percorso normativo per il mercato dei nuovi prodotti. Alcune colture realizzate con nucleasi programmabili, tra cui CRISPR/Cas9 , sono cadute al di fuori del meccanismo utilizzato dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) per catturare un prodotto OGM all’interno del suo sistema normativo perché contengono piccole delezioni piuttosto che materiale genetico estraneo; ad esempio, patate e funghi non marroni(Clasen et al., 2016; Yang, 2015). Tali casi hanno contribuito a far sì che i sistemi di regolamentazione si basassero su un’analisi del rischio-beneficio del prodotto finale piuttosto che sulla tecnologia utilizzata per realizzarlo (Camachoet al., 2014).

Una sfida più ampia, sollevata anche in “Assicurare l’infrastruttura critica necessaria per realizzare la bioeconomia” di cui sopra, consiste nel raggiungere l’equilibrio tra costi di regolamentazione e costi di opportunità – la cautela è necessaria per garantire che gli sviluppi siano sicuri e vantaggiosi, ma l’approccio normativo per fornire tali salvaguardie deve essere proporzionato ai relativi costi e benefici. I rischi legati all’impatto ambientale, al potenziale di arma da fuoco e alla produzione di stupefacenti hanno spinto alcuni gruppi a spingere per una moratoria su alcune di queste tecnologie(ETC Group, 2017). Se gli inviti a vietare alcune biotecnologie hanno successo, o se non sono in atto strategie efficaci di mitigazione del rischio prima che si verifichi un evento avverso accidentale o intenzionale, potremmo vedere risposte politiche(Morse, 2014) che ostacolano l’erogazione di potenziali benefici. Anche se nessuna di queste tensioni è nuova, il modo in cui esse si manifestano influenzerà fondamentalmente la direzione futura dell’ingegneria biologica, comprese le questioni che delineiamo in questo documento.

C’è una consapevolezza generale della necessità di una riforma della regolamentazione. Nel luglio 2015, la Casa Bianca ha pubblicato un memorandum che indirizza le tre agenzie responsabili della supervisione dei prodotti biotecnologici negli Stati Uniti – l’Environmental Protection Agency (EPA), la Food and Drug Administration (FDA) e l’USDA – ad aggiornare il quadro normativo esistente e a “sviluppare una strategia a lungo termine per garantire che il sistema sia preparato per i futuri prodotti della biotecnologia” (Holdren,2015). Nell’UE, c’è un diverso insieme di preoccupazioni sul funzionamento dei sistemi normativi e le politiche governative si concentrano sempre più sulla necessità di sistemi normativi più proporzionati e adattativi(Tait e Banda, 2016). Una serie di adattamenti normativi sono in corso nei settori sanitari, ad esempio le licenze per i farmaci adattativi avanzate da Health Canada e dall’Agenzia Europea per i Medicinali(Oye, 2012), evitando l’accettazione o il rifiuto binario di un prodotto o di una tecnologia specifica a favore di “un apprendimento graduale in condizioni di incertezza riconosciuta, con limiti iniziali di utilizzo, fasi iterative di raccolta dati e valutazione normativa”(Oye, 2012 p.22).

Molti paesi e settori industriali hanno ora politiche che promuovono questo approccio – per esempio, il Principio di Proporzionalità dell’UE, la revisione accelerata dell’accesso del Regno Unito e le raccomandazioni dell’OCSE sulla politica e la governance normativa, che potenzialmente segnano un cambiamento radicale nella mentalità normativa e che consentono a di introdurre in modo più tempestivo tipi di innovazione incrementale, esplorando al contempo lo sviluppo sicuro di un’innovazione più dirompente (Taite Banda, 2016). Nell’UE, approcci simili possono essere applicati alla regolamentazione attuale degli OGM e alla futura regolamentazione dell’ingegneria biologica, ad esempio, privilegiando prodotti e processi che possono essere monitorati, “richiamati” o “invertiti”. Tuttavia, fino ad oggi, ci sono stati pochi movimenti in questa direzione, in particolare per applicazioni con potenziali impatti ambientali, o applicazioni nelle industrie alimentari e agricole. La reversibilità di una data tecnologia genetica dipenderà dalla sua interazione con l’ambiente biologico, ecologico e sociale, e la sua promessa non significa necessariamente che fornisca la migliore opzione per affrontare la sfida mirata; come abbiamo evidenziato in ‘Nuovi approcci alle unità geniche sintetiche’ sopra.

Alcuni commenti sul processo

Ci sono una serie di avvertimenti e considerazioni nell’approccio che abbiamo adottato. La prima riguarda la tecnica Delphi, su cui abbiamo basato la nostra elicitazione strutturata. Originariamente sviluppata per la previsione quantitativa, la tecnica di Delfi ha un’esperienza mista. I suoi critici sostengono che confonde l’opinione con la previsione sistematica, produce una falsa precisione e infonde al risultato un’eccessiva fiducia(Sackman, 1975). Se si cercano previsioni di eventi definiti con precisione (e se sono disponibili dati passati), strumenti come l’analisi delle tendenze forniranno probabilmente previsioni più accurate, e potrebbero essere usati in combinazione con il metodo Delphi. Cerchiamo solo di strutturare giudizi di gruppo qualitativi su una vasta gamma di futuri complessi, per i quali non abbiamo set di dati ordinati da estrapolare. Rispetto ad altri approcci di elicitazione, come gli incontri tradizionali, il metodo Delphi è stato trovato anche per migliorare le previsioni e i giudizi di gruppo(Rowe e Wright, 2001). Riteniamo che i benefici del metodo si trasferiscano a contesti di previsione più ampi.

Un’altra caratteristica di ogni elicitazione di gruppo è che le opinioni divergenti dei singoli collaboratori possono essere mascherate in punteggi aggregati. La nostra analisi dei dati del primo turno indica che, mentre c’era una notevole diversità nei punteggi grezzi forniti dai singoli partecipanti, la concordanza tra le classifiche era sostanziale e statisticamente molto significativa (W di Kendall=0,150, p-valore < 10-15). La correlazione tra i singoli partecipanti variava tra 0,002 e 0,463, con una mediana di 0,112 (rho di Spearman). Quarantotto delle 210 correlazioni tra i partecipanti (23%) erano statisticamente significative (Spearman correlazione p-valore < 0,05), indicando inoltre che mentre i partecipanti rappresentavano un’ampia varietà di punti di vista, c’era un nucleo di opinioni condivise. Quelli che sono d’accordo, sono d’accordo abbastanza fortemente.

In relazione a questo, riconosciamo che le questioni sollevate in questo documento riflettono le persone coinvolte nel processo, ed è per questo che abbiamo esplicitamente incoraggiato i partecipanti a cercare idee al di fuori della loro cerchia immediata, e abbiamo cercato di catturare un’ampia gamma di prospettive ed esperienze nei partecipanti di base. Ciononostante, i partecipanti hanno tutti sede nel Regno Unito o negli Stati Uniti, e una futura scansione di questo tipo trarrebbe vantaggio dall’inclusione di collaboratori provenienti da altre parti del mondo, in particolare dalla Cina, una regione all’avanguardia nel campo della bioingegneria, dove è relativamente difficile accedere a ricerche non pubblicate o pubblicate localmente. Inoltre, la nostra scansione rifletteva più fortemente il punto di vista degli studiosi e degli innovatori rispetto a quello dell’industria (anche se molti partecipanti avevano una visione dell’industria attraverso le loro consulenze).

Non abbiamo incluso i responsabili politici direttamente nella nostra scansione iniziale, in quanto volevamo limitare le dimensioni e la composizione dell’esercizio a coloro che si trovano al termine esplorativo della ricerca e dell’innovazione. Gli esercizi di follow-up potrebbero, tuttavia, coinvolgere i rappresentanti del governo per aiutare a identificare le questioni più fattibili. Tale esercizio potrebbe utilizzare un quadro di riferimento stabilito per il back-casting(Holmberg e Robert, 2000), o la mappatura stradale, o un altro processo per valutare l’impatto e l’urgenza delle questioni identificate per la loro organizzazione(Sutherland et al., 2012). Riunire un gruppo di responsabili politici in un esercizio di follow-up incoraggia anche la definizione di priorità per le questioni trasversali all’organizzazione, fissando un’agenda per la condivisione delle conoscenze e lo sviluppo collaborativo delle politiche. Idealmente, dovrebbero essere incluse valutazioni di fattibilità delle opzioni disponibili (come effettuato nell’estensione della recente scansione antartica(Kennicutt et al., 2016), delineata in ‘Obiettivi’ di cui sopra). La scansione annuale all’orizzonte dei problemi di conservazione non ha registrato alcuna carenza di materiale nuovo. Suggeriamo di ripetere la scansione di base a intervalli regolari, ad esempio ogni due anni.

I temi qui presentati non vogliono essere esaustivi, né riflettono quelli che riteniamo essere i temi più importanti. Sottolineiamo che alcuni temi non sono stati inseriti nell’elenco finale perché meno adatti agli obiettivi del lavoro, e non perché ritenuti meno importanti. In particolare, potrebbero essere stati considerati (i) troppo noti o ampiamente discussi nella comunità della bioingegneria (ad esempio, rischi estremi posti da un piccolo gruppo di persone con un maggiore accesso alle risorse e con intenti malevoli); (ii) troppo ampi (ad esempio, la governance adattiva come questione a sé stante) e/o (iii) troppo improbabili, scientificamente impegnativi o troppo lontani nel futuro (ad esempio, la xenobiologia, o l’ingegneria delle cellule neurali per meglio interfacciarsi con i computer). Riconosciamo che coloro che rientrano in quest’ultima categoria possono creare buoni problemi all’orizzonte proprio per le ragioni che li hanno esclusi, e un processo separato potrebbe concentrarsi su questa categoria di problemi. Ma qui presentiamo una serie di questioni che riteniamo possano emergere nel campo dell’ingegneria biologica nei prossimi anni.

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